下腰椎三维有限元模型的建立

腰椎作为躯干与骨盆的唯一联系其承受的负荷量在脊柱中居首位，负荷自上 向下逐渐增大，同时腰椎的生理活动范围较其他节段大，资料显示腰椎退性行疾病 也多见于该处，因此研究下腰椎活动节段力学模型有较大的临床价值。 目前存在的有关脊柱生物力学研究方法有数种，被广泛应用的方法主要有四 种：动物实验，物理实验，体外(尸体)实验及计算机模拟实验，这些实验均为人 体体外实验方法。其中，动物实验可以观察有关的生物体内的生理与病理反应，但 动物的脊柱结构与功能均与人不同，也就不可能予以解答人类特性的问题。物理检 验，由于缺乏生物体内的几何与结构特性作用也相当有限。人体尸体模型实验，其 几何特性结构特点基本与活体相似，获得的实验结果也最接近实际结果，但标本的 获得费用高，实验时生物特性的变化难模拟，计算机模拟实验，如有限元模型可根 据生物体力学机制的一些特殊变化，可重复模拟实验或改变部分参数反映变化后的 情况，这是其他实验方法难以做到的。 有限单元法其基本原理是把一个由无限个质点构成的物体划分为有限个结构 形态简单并且力学特性已知的单元，此过程称为有限元模型的离散化，用这种离散 化的有限单元模型代替原由的物体，根据原有物体的几何材料特性以及受力条件采 用不同的单元种类(如块单元，壳单元，面单元，缆式单元等)，单元之间通过节 点相连接，力则通过结点传递。单元内部点的待求量可由单元节点量通过选定的函 数关系插值求得。有限元方法能够对许多结构进行精确的力学分析，给出模型受力 时内部的应力和变形的全过程， 本研究目的是应用三维有限元方法建立下腰椎活动节段力学模型，分析直立时 椎体不同部位的应力分布。因为脊柱的几何结构复杂，单纯的有限元软件在模拟椎 体外形效果不是很理想，采用Unigraphics V17． 0软件建立腰3-4的实体模型 并划分单元，该模型共有5671个节点， 27725个单元， 7种材料，将已生成的 单元引入为Ansys5． 6软件，运用了结构非线性计算，使模型的外观及利用了UG 软件建模方便和ANSYS计算功能强大的优势，所得结构较为合理，几何外形和材 第二军医大学硕士毕业论文 料特性均满意，所得结果与实验检验结果基本吻合，较为可靠。希望在应用于临床 与实验的过程中进一步修改和完善。